LIJN VOLGER HANDLEIDING WITH SUPPORT OF: VZW DE CREATIEVE STEM

Transcriptie

1 LIJN VOLGER HANDLEIDING THIS WORK IS LICENSED UNDER A CREATIVE COMMONS ATTRIBUTION NON COMMERCIAL B. MALENGIER - M. C. CIOCCI WITH SUPPORT OF: VZW DE CREATIEVE STEM

2 De Lijnvolg kit De lijnvolg kit zal je leren hoe een robotauto te maken die een lijn kan volgen en een object zoeken of een robot bouwen die hindernissen ontwijkt De kit bevat alle sensoren die je nodig hebt, alsook alle andere elektronische componenten. Je dient zelf nog een frame te bouwen. Je kan hiervoor ons ontwerp gebruiken en lasercutten, of je eigen ontwerp maken. We beginnen met het aanleren van hoe we met de Arduino de sensoren kunnen uitlezen, en hoe we op gemeten waarden kunnen reageren. Je moet reeds een basiskennis Arduino hebben. Indien niet, lees eerste onze handleiding rond Arduino! De lessen Je vindt de lessen en het frame op Servo motoren Een autorobot heeft wielen nodig. In dit project DE COMPONENTEN Arduino Uno Afstandssensor 2 x Lijnsensor 2 Servo motoren 2x 2AA Batterijpak Veel draadjes Mini schakelbord (breadboard) Een schakelaar Zwenkwiel Bouten en moeren TOEVOEGEN AA batterijen Een frame Wielen (bv Nutella doppen) Je Creativiteit OOK NODIG Soldeerbout & lijm Schroevendraaiers & kniptang Boormachine SERVOS TESTEN zullen we continu roterende servo motoren gebruiken. Dit zijn motoren waarvan we heel precies de snelheid van rotatie bepalen via een signaal. Wij gebruiken de KV1100, 4.8V-6V, max 1000mA motor. Een servo motor heeft 3 connectoren. Zwart of bruin voor de grond (GND), Rood voor Vin (max 6V), en een derde (wit bij ons) voor het signaal. Gebruik je schakelbord om de GND en Vin te 2 LI J N VO LG E R I N G E G N O. B E

3 connecteren met deze van de Arduino. Neem de twee batterijpacks die je hebt en soldeer ze aan elkaar in serie met een schakelaar ertussen. Zorg dat de draadjes lang genoeg zijn zodat je kunt kiezen waar de batterij te plaatsen op je auto. In Arduino maken we gebruik van de Servo bibliotheek om de servo te controleren. We hebben 2 servo motoren. Connecteer een naar pin 9 en een naar pin 10, zoals op de figuur met het schema aangeven. Je schakeling is af, tijd om de servo's uit te testen. Overloop de sketch in les01. Om de motor te doen stilstaan stuur je het getal 90. Voor de ene richting volle snelheid 0, andere richting 180. Zie de Arduino code voor meer uitleg. Probeer vooruit en achteruit en draaien te implementeren. Merk op dat als bij 90 de motor toch nog wat draait, je de motor moet bijregelen. Je vindt in de motor een gaatje waarin je een kleine schroevendraaier kunt steken om een potmeter te regelen. Stel deze zo af dat bij 90 de motor stilstaat. Het Frame Het is belangrijk om nu even na te denken aan de vorm die je je auto wil geven. Wat is belangrijk? Hou rekening met volgende punten Je robot mag niet te groot zijn om mee te doen aan wedstrijden Servo motoren hebben een vaste snelheid. Grote wielen zullen dus sneller kunnen gaan. Je wil je wielen evenwel niet te groot, dan moet de motor teveel werken Je wiel moet goed grip hebben zodat er niet teveel slip is. Je zal voorraan oogjes moeten hebben om een blik te kunnen zien. Voorzie ruimte en hou rekening met de hoogte van een blik. Je moet sensoren kunnen plaatsen die een lijn zien onder de auto. Het is belangrijk dat de ogen dicht bij de as van de wielen zitten, op die manier kun je via draaien van de wielen eenvoudig bochten volgen, dat wordt veel moeilijker als deze sensoren ver van de as van de wielen staan (probeer het met een speelgoedauto!) Deze lijnsensoren moeten op 2mm boven de grond staan. Je hebt 6V nodig als stroom. Dat zijn 4 AA batterijen. Voorzie plaats hiervoor. De Arduino moet ergens geplaatst worden Om te "redden" moet je iets kunnen duwen, vooraan heb je dus een structuur nodig die een blik kan wegduwen! Maak een ontwerp van je auto. Zoek stukken die je kan gebruiken. Je kan kiezen voor een 3

4 tank ontwerp, dan heb je rupsbanden nodig. Je kan wielen voorraan of achteraan plaatsen. OPDRACHT Wij hebben gekozen voor een heel eenvoudig basisframe waarop je verder kunt werken: een plank MDF van 3mm dik van 5cm op 12 cm. Achteraan plaatsen we de twee Servo motoren, met Nutella doppen als wielen. Een houder voor twee AA batterijen plaatsen achteraan onder, en een andere AA batterijhouder vooraan. Onderaan, net voor de wielen is er plaats voor de twee lijnsensoren. Maak een wiel en bevestig het aan de motoren. Bevestig wielen, batterij en arduino aan een frame. Laat het rechtdoor bewegen, in een cikel in wijzerzin, en in een cirkel in tegenwijzerzin. Op de Servo motoren lijmen we een MDF plaat van 5cm op 7cm, met daarop de Arduino UNO en het schakelbordje. De oogjes zullen in het schakelbordje geplaats worden. Maak je eigen ontwerp, of pas dit onwerp aan. Zorg zeker voor volgende: Systeem voorraan om een blik te duwen. Hou er rekening mee dat als blik te dicht voor de ogen komt je het niet kan zien (minimum afstand sensor). Zorg dat je de batterijen kunt vervangen Versiering: Je naam of iets anders toevoegen. Je kan de svg aanpassen met het gratis programma Inkscape. Denk ook waar je tot 4 LEDs kunt toevoegen. Gebruik Inkscape om de componenten van je frame te tekenen, en snij ze dan met een lasercutter of met een figuurzaag. INGEGNO FRAME Functies Een autorobot zal een groot project worden. Het is daarom belangrijk dat je proper en netjes je code verdeelt in blokken. Je hebt code geschreven om de Servo motoren te doen roteren. Schrijf nu functies die volgende functionaliteit hebben: 1. Een functie om vooruit te rijden 2. Een functie die zorgt voor roteren in wijzerzin (rechts) 3. Een functie die zorgt voor roteren in tegenwijzerzin (links) 4. Een functie om rotatiesnelheid te sturen naar de motoren. Stuur enkel een nieuw signaal naar de servo als het signaal verschillend is van het vorige signaal. Zie les02 sketch voor hoe je dit kunt doen. 4 LI J N VO LG E R I N G E G N O. B E

5 De Afstandssensor De afstandssensor zijn de ogen van onze robot. De ogen zijn in werkelijkheid ultrasone sensoren, die de afstand bepalen tot objecten voor zich op dezelfde wijze als vleermuizen dat doen. De sensor moet dus vooraan komen. Gebruik op het schakelbord een lijn voor GND (zwarte draad), en een lijn voor 5V. Verbind ze ook respectievelijk met de GND en 5V van de Arduino. De GND van de afstandssensor gaat naar de GND lijn. De Vcc van de afstandssensor naar de 5V lijn. De afstandssensor controleer je met twee signalen: trig en echo. De trig verbind je met pin 12 van de Arduino, de echo met pin 13. Zie het schema. AFSTANDSENSOR Test nu de afstandsensor met de code les03 uit de appendix. Er is een afstand van enkele cm waaronder de sensor niet werkt. Het heeft ook geen zin om te ver te kijken. Daarom dien je vooraf te bepalen hoe ver je maximaal wil kunnen kijken. Test dit uit. We weten nu hoe de afstandssensor werkt. Voor de eenvoud hebben we een bibliotheek geschreven, DistSens.h, zodat je met de afstandssensor kunt werken zoals je doet met de Servo. Doe les04 uit de appendix die toont hoe je met deze bibliotheek werkt om een robot te bouwen die hindernissen ontwijkt. Om les04 te compileren voor je Arduino, dien je het bestand DistSens.h op te slaan in dezelfde map als je sketch (=het.ino bestand). Je dient dan je sketch te sluiten en te heropenen, waarna je in de Arduino editor je sketch en DistSens.h zult zien als tabbladen in de editor. Hierna kun je compileren en werken met deze bibliotheek. Zie de lessen voor uitleg over de methoden beschikbaar via deze bibliotheek. PRINCIPE 5

6 OPDRACHT REDDER Maak een nieuwe sketch zoals les04, maar in plaats van objecten te ontwijken dien je nu een object die ergens rond de robot staat op max 70 cm afstand te vinden, ernaartoe te rijden, en het te redden. We beschouwen redden als het object 10cm verschuiven. Speel tegen je vrienden: wie heeft de auto die het snelst kan redden? SPEL Maak een speelveld op de grond van 4 op 2 meter. Tegenstanders staan tegenover elkaar op hun doellijn, met hun robot in het midden van het speelveld naar hen toe gericht, en 2 schoendozen in de hand. Bij start: schakel je robot aan. Door voor je robot te staan stuur je ze richting de doellijn van je tegenstander. De schoendozen mag je eenmaal neerzetten om de weg van je tegenstander te blokkeren. Winnaar is wiens robot eerst de doellijn van de tegenstander overschrijdt! De Lijnsensor De lijnsensor kan kleuren detecteren die voor de sensor passeren. De eenvoudigste zien enkel in grijstinten, en kunnen dus enkel lichte objecten van donkere onderscheiden, net zoals dat voor sommige dieren het geval is. De duurdere sensoren kunnen het volledige kleurengamma onderscheiden. We gebruiken in onze robot de grijstinten kleurensensor. We dienen met de sensor een zwarte lijn te volgen. Hoe kunnen we dat best doen? Er zijn verschillende strategieen mogelijk. 1. maak een rij sensoren, en hou bij onder welke sensor de zwarte lijn ligt. Probeer dit in het midden te houden. Dit is Volg de lijn. Je kan ook je beperken tot twee sensoren heel dicht bij elkaar die boven de lijn liggen. Voordelen? Nadelen? 2. gebruik twee sensoren, zet de zwarte lijn in het midden, en zorg dat er nooit zwart onder de sensoren komt. Dit is Hou de lijn in het midden. Voordelen? Nadelen? 3. gebruik 1 sensor en scan via heen en weer bewegen de zone voor de auto af. Dit is Scan de lijn. Voordelen? Nadelen? 4. Heb je een betere manier? 6 LI J N VO LG E R I N G E G N O. B E HONDENVISIE DIGITALE OF ANALOGE LIJNSENSOR

7 Bespreek wat je het best vindt. Bespreek waar volgens jou de sensoren best geplaatst worden ten opzichte van de wielen. #define ANALOGSENS true en voor de digitale via #define ANALOGSENS false In een robotwedstrijd moet je ook redden als de lijn gedaan is. Je dient dus te bepalen wanneer de lijn gedaan is. Hoe doe je dat met de mogelijke strategieen? Bespreek wat je best vind. Om de sensors te connecteren: Vcc gaat naar de 5V lijn op je schakelbord, en GND naar de grondlijn. OUT op de sensor is het signaal die je moet lezen. Wij verbinden links met pin 2 van de Arduino en rechts met pin 3. Voor een analoge sensor zijn deze de analoge pinnen A2 en A3, voor de digitale de normale pinnen 2 en 3. We bekijken nu eerst hoe we de lijnsensor moeten gebruiken met de Arduino. Dit is les06 uit de appendix. Je heb of een digitale lijnsensor, of een analoge. De eerste laat toe te bepalen of je boven een zwarte lijn bent (0) of niet (1). Je ziet dit aan een rode LED bovenop de sensor. In les06 tonen we hoe je deze waarde kunt uitlezen. Heb je een analoge sensor, dan kun je een getal van 0 tot 1024 uitlezen en dien je op basis van het getal te bepalen of je boven de lijn bent of niet. In les06 kies je voor analoge sensor via De sensor werkt als volgt: een LED stuurt een lichtsignaal uit. Een lichtgevoelige weerstand kijkt wat voor reactie er op de lichtpuls komt. Ziet hij de puls niet, dan is het een zwarte lijn. Zwart absorbeert immers licht. Anders is het een witte lijn. Dat is de reden dat als je te dicht bent, of te ver, de sensor ook denkt dat het zwart is: hij ziet geen reflectie van de lichtpuls. Niet alle zwart zal als zwart herkend LIJNSENSOREN TOEGEVOEGD 7

8 LIJNSENSOR MONTEREN worden. Enkel zwart dat ook de lichtpuls absorbeert zal de sensor herkennen. Probeer dan ook glanzend papier te vermijden omdat dan vaak toch een deel weerkaatst wordt, en de sensor zo het zwart niet herkend. Lijnvolg Robot We hebben alle elementen om de lijnvolg robot te maken. Zorg dat alles goed vast zit, en programmeer je gekozen strategie. je de bocht zult overschieten omdat de motoren niet snel genoeg tot stilstand kunnen komen. Wij tonen als voorbeeld de strategie van de sensoren die geen lijn mogen zien, en dus de lijn tussen de sensoren proberen te houden. Dit is de code in sketch les07. Kun je een strategie bedenken om toch met de maximale snelheid te kunnen rijden? Test welke de maximale snelheid kan zijn voor je robot. Die wordt bepaald door de inertie van de motoren: het duurt een eindje voor de motoren kunnen stoppen met draaien. Hoe sneller, hoe langer dit duurt, net zoals de remafstand van auto's langer wordt met de snelheid. Probleem is dat bij een scherpe bocht 8 LI J N VO LG E R I N G E G N O. B E

9 Lijnvolg + Redden Voor een wedstrijd moet je de lijn volgen, en dan als de lijn stopt overgaan op een reddingsopdracht. Je hebt al nagedacht hoe je kunt weten dat de lijn gedaan is? Wij stellen volgende strategie voor: 1. Bepaal hoe lang het normaal duurt om het reddingsveld te bereiken. Bv 40 seconden. 2. Neem 5 seconden minder, dus bv Vanaf die tijd dien je elke 2 tot 3 seconden de zwarte lijn te zien. 4. Heb je al 2 tot 3 seconden geen zwarte lijn gezien, ga er dan op zoek: roteer even kort rond de as. Als de zwarte lijn nog tussen de twee sensoren ligt, zou je in minder dan 2 seconden de lijn moeten vinden 5. Heb je na 2 seconden draaien nog geen zwarte lijn gezien, dan ben je op het reddingsveld, ga over op de reddingsmodus van je autorobot. 6. Als extra zou je al zodra je draait ook de afstandssensor kunnen gebruiken. Misschien heb je geluk en zie je al onmiddellijk het blik. Implementeer deze strategie of je eigen strategie, en je bent klaar voor een lijnvolg wedstrijd! 9